基于移动式低压智能快切电源箱的分析及应用

国网宁夏电力有限公司石嘴山供电公司 马 婷

在我国经济社会快速发展的背景下，相关的生产生活对于电力供应的需求显著提升，而既往电力体系之中，架构薄弱的配电网络导致了社会各项活动供电稳定性差的问题广泛存在，对经济社会发展形成了阻碍，特别是重要的会议、盛大的庆典、应急救灾等需要连续供电的场所，供电可靠性和连续性更是重中之重[1-2]。

当前，我国配电网络在整体负荷方面显著增加，同时相关系统的具体功能及形态等也相较于以往其他时期出现了变化。在支撑能源互联网智能化和互动化发展的方面，现阶段我国的配电网络主要呈现出感知空白、终端采集覆盖不足和实时性不强等特征，而在市场机制方面，现阶段配电网络则表现出市场封闭性强，导致新业务形态无法有效形成等问题。此外，从电力监管角度来看，我国的电力监管整体分散程度较高，且由于这种分散状况，导致了配电网络和末端供电改革难以持续推进。基于这些问题，当前我国配电网必须朝向全面可控的现代配电网方向转变，同时发展目标也需要在传统的，对用户需求进行全覆盖基础上，形成高效、优质、可靠的绿色智能供电模式。

本文以实现低压电源智能快速切换为切入点，通过探索无感供电切换、智能监测、远程监视的先进技术，实现了单电源设备双电源切换时，高延时中断或手动切换向低延时无感自动切换的转变，对这一成果，本次研究采取了在实验室环境和现场环境的多次测试，对于当前相关的重要负荷电源设备在应用过程中得以实现双路不间断供电具有参考价值。

1 低压电源供电现状及需求

1.1 低压电源供电现状

1.1.1 配电网网架薄弱

配电网在建设前，缺乏城市规划数据，加之当时规划水平有限，城市配电网供电设置没有得到较合理的分配，同时电网一直存在着“重输轻配”的倾向，特别是对配电网末端的关注不够，更无法实现供电智能切换，导致了许多供电薄弱的地区及环节。

1.1.2 配电网供电可靠性低

部分城市配电网运行方式缺少灵活性，单电源、单辐射供电居多，缺乏环网线路，不能实现线路单侧电源多分段多联络或双侧电源多分段单联络，供电可靠性差，特别是在迎峰度夏、迎峰度冬时情况，需要大量的保电工作，而每次保电需出动多辆应急电源车，工作量急剧增加，保电难度大。

1.1.3 配电网监测数据管理水平弱

配电网业务管理点多面广，业务数据量大，数据收集流程烦琐，处理效率低，准确性差有待商榷。

1.1.4 设备现场监视能力弱

配电设备运行期间，难以实时监视周边环境，难以确保设备安全稳定运行。

1.2 功能需求分析

为解决以上问题，通过对各种不同双电源保障方式开展论证，不断迭代更新设计，经过二十余次讨论论证，本文提出一种基于移动式低压智能快切电源箱的解决方案，最终探索出以电源智能切换单元为基础的智能快切电源箱，实现了单电源设备双电源供电时，由高延时或手动的切换方式转变为低延时无感切换，并通过多次性能验证测试证实了其可靠性，对于重要场所、重要活动及会议单电源设备实现双路不间断供电具有重要的实践意义。

2 智能低压配电箱设计

根据双电源无感切换、智能配电自动化、远程监视、使用场景及实际工作需要，智能电压配电箱主要由智能断路器单元、电源智能切换单元、低压智能监控终端单元、电缆快插单元、远程监控单元等5大功能模块组成，系统功能单元如图1所示。

图1 系统功能单元

2.1 智能断路器单元

智能断路器单元由两台智能断路器组成，具有以下功能：一是采用电子式电流脱扣器，保护精度高；二是具有可调电流、电压、短路、缺相、漏电流等保护功能，并可同下级断路器配合实现分级保护；三是实时监测、保护定值在线设置修改、跳闸类型识别；四是专用双模通信模块，满足遥信、遥测、遥控、遥调功能；五是与低压配电自动化系统无缝衔接，满足智能配电网要求；六是125A、250A、400A、630A等多种电流等级可选。

2.2 电源智能切换单元

电源智能切换单元是集可编程功能、自动化测量、液晶显示、数字通讯于一体的智能化双电源切换模块。其专门为解决一、二级负荷的连续供电而研制，该设备能够防止备用电源电压与母线残压在相交、频率存在较大差异的情况下而进行合闸操作时，产生对负荷的冲击。即便出现快速切换未成功的问题，相关设备也能够自动转为同期判别，或判残压及长延时的慢速切换，在这种方式之下可有效确保切换的可靠性。当电源智能切换单元在母线中断，将同时发出断路器的分、合闸指令，同时合备用电源，系统实际无流时间为断路器合、分闸时间差，一般不超过15ms，切换全过程也不超过100ms。

2.3 智能低压监控单元

监控功能主要由智能低压监控终端实现，具有以下功能：一是集中抄集业务。模拟量、开关量采集；电能量信息采集；无线抄表，远程控制智能断路器合/分；数据可视化，随时调阅；二是配电业务功能。遥测、遥信、遥控；保护功能与故障判别、处理；故障及告警信息记录；保护定值远程管理；三是通信功能。两路以太网通信；GPRS无线通信，并通过专网接入配网主站。

2.4 电缆插件单元

电缆插件单元由13个低压单芯电缆自锁定快速拔插式底座组成，方便安装及拆卸，20min即可完成保电箱接入现场。

2.5 视频监控单元

箱体上部安装无线高清摄像机，在保电箱工作过程中提供连续、流畅、高清晰、高保真的视频和语音通讯。并可通过APP实现简洁、高效、易用的数据功能，支持共享图片、短视频、断网回看、视频广播等功能，实现电力保障现场可听、可见、可现场指挥、可回溯观看的需求。

3 试验验证及效果

移动式低压智能快切电源箱供电技术经过设备选型、组装、配线、实验室性能测试、现场性能测试五个阶段，通过模拟电灯泡、电动机及计算机监控等不同负荷，在实验室测试和现场试验一段时间后，能极大地保障不同负荷连续性供电的可靠性，实验室测试采用两路市电的切换方式，现场测试采用市电+发电车电源的切换方式。

3.1 供电可靠性测试及结果

3.1.1 实验室测试

以电灯泡、计算机监控为负载设计目标，拆除以上测试负载上市电电源接线，重新连接至低压智能快切电源箱，同时低压智能快切电源箱接入另一路市电。

可用性：负载测试。在本次测试展开阶段，首先以电灯泡来完成相关测试。在对相关的配线进行完善之后，以两路工频交流电来实施切换，从结果上来看，相关的设备在测试之中可以完成自动切换过程，同时期间电灯泡偶尔有瞬间闪烁现象，证明了电源箱可用性。可靠性：两路电源相互切换。在完成上述测试之后，将负载侧接入到计算机监控主机，同时以两路工频交流电来实施切换过程，从结果来看，智能电源箱可以实现快速切换，且相关过程中监控主机的整体情况较为正常，证明了电源箱可靠性。

3.1.2 现场测试

以电灯泡、计算机监控和电动机为负载设计目标，拆除测试厂房配电箱市电电源接线，将测试厂房总配电箱市电改接入智能快切电源箱，同时低压智能快切电源箱接入一路发电车电源。试验表明，低压智能快切电源箱可实现快速切换，切换时延、压降满足要求，切换过程中，由动力配电箱供电的电灯泡、计算机监控和电动机等负荷均正常运行，智能快切电源箱实现了供电可靠性和连续性。

在实际测量中，经过三个月可靠性试验发现，供电可靠性为100%（详见表1）。

表1 测试结果统计

3.2 供电性能测试及结果

3.2.1 切换时间测试

智能快切电源箱经过以上供电可靠性测试后，采用智能电源监测装置进行电力波形的实时监测：一路电源中断切换到另一路电源供电的紧急情况下，通过供电切换波形记录，切换时间由常规所需的2.5～3.0s的切换时间缩短至40～60ms，完全满足低延时无感切换的要求。切换时间测试结果如图2所示。

图2 切换时间测试结果

由以上分析结果可知，应用低压智能快切电源箱前，单电源供电只能依靠配电网线路的重合闸实现连续供电的过程中，电力波形中断，甚至重合失败供电无输出，无法实现连续、不间断供电；应用低压智能快切电源箱后，单电源设备双电源供电时，在快速切换中，电力波形偶出现抖动，供电持续输出，电灯泡、电动机及计算机监控等负荷均在切换中正常运行。由此证明，低压单电源设备双路供电无感切换高效地保证了负荷供电的连续性与可靠性。

3.2.2 电压降测试

应用低压智能快切电源箱实现双路供电电源切换后，相关计算机监控系统主机要求电压需要控制在180～250V，最大允许电压降达-18.2%～13.6%，在本次研究之中，依托对相关供电切换波形记录可以了解到实际最大压降低为18.1%，这一数值能够满足现阶段相关系统的正常运行。电压降测试结果如图3所示。

图3 电压降测试结果

由以上分析结果可知，应用低压智能快切电源箱后，有效地保障了供电效果。

4 结论

本次研究之中双路电源切换的主要措施是，依托现有的单电源供电设备，以及低压智能快切电源箱来完成，相关过程中需要完成对现有设备的合理选型、组装、配线等，并依托对设备和技术的测试，完成对电源智能切换单元的设计与研发，通过测试结果可以了解到，这一技术成果能够比较有效地保障供电的稳定性和可靠性，同时配置的智能监控终端、视频监控提供了强有力的支撑，填补了配电网最末端供电可靠性差的空白，低压智能快切电源箱适用性强，具有较强工程扩展性。